開魯盆地陸東凹陷碎屑巖成藏規(guī)律

張瑞雪

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

碎屑巖儲層是全球油氣田的主要儲層類型之一，中國大慶、勝利、大港、克拉瑪依等油田主要儲層均屬于此類，碎屑巖油藏已成為油氣增儲上產(chǎn)的重要支撐[1]。開魯盆地陸東凹陷自1983年勘探至今，在交力格、后河、庫倫塔拉等區(qū)帶均有突破，在已發(fā)現(xiàn)的探明石油地質(zhì)儲量中，碎屑巖油藏占97.6%，但均體現(xiàn)為“零敲碎打”，規(guī)模較小。

前人對該地區(qū)的認(rèn)識也比較單一，僅劉明潔等[2]、薦鵬等[3]對該地區(qū)的層序地層格架提出了不同的劃分方案，二者分別根據(jù)經(jīng)典體系域劃分模式及傳統(tǒng)沉積旋回來劃分地層，為后期細(xì)分層系研究提供了依據(jù)；王延山等[4]從烴源巖發(fā)育情況對陸東凹陷致密油形成條件及資源潛力區(qū)進(jìn)行了探討，預(yù)測了致密碎屑巖儲層分布范圍；郭鵬超[5]從微觀角度對九佛堂組火山巖屑砂巖儲層影響因素進(jìn)行了分析，認(rèn)為沉積相控制了儲油巖層的形成和分布。前人研究均沒有系統(tǒng)總結(jié)陸東凹陷碎屑巖的成藏規(guī)律及控制因素，因此，有必要對其進(jìn)行整體研究，整體評價(jià)，研究其與構(gòu)造、沉積等配置關(guān)系，總結(jié)客觀地質(zhì)規(guī)律，以發(fā)現(xiàn)落實(shí)“規(guī)模儲量”為目標(biāo)，打開陸東凹陷的勘探局面，并推動外圍其他凹陷的勘探進(jìn)程，擴(kuò)大勘探領(lǐng)域和規(guī)模。該文在精細(xì)構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，對陸東凹陷成藏規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，尋找油氣成藏主控因素，總結(jié)碎屑巖成藏規(guī)律，建立油氣成藏模式，為后期勘探部署及外圍其他同類型油藏勘探評價(jià)提供有效借鑒。

1 區(qū)域研究背景

陸東凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和赤峰市境內(nèi)，面積為1 740 km2，是開魯盆地的一個(gè)次級負(fù)向構(gòu)造單元[6]。侏羅系上統(tǒng)沉積時(shí)為雙斷式地塹凹陷，凹陷中部西側(cè)為清河斷裂，東側(cè)為希伯花斷裂，南側(cè)為塔拉干斷裂，受東西向穿過盆地腹地的西拉木倫河斷裂及北東向斷裂的紅山八里罕斷裂作用與影響，形成“兩洼夾一隆”的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)發(fā)育交力格、三十方地兩大生油洼陷，主要烴源巖層以沙海組和九佛堂組為主，最大厚度可達(dá)700 m，分布廣，成熟度高，為油氣成藏提供了充足的資源保障。研究區(qū)發(fā)育4套儲集層，即下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組[7](圖1)。

2 構(gòu)造-沉積演化特征

2.1 構(gòu)造演化特征

陸東凹陷義縣組沉積時(shí)期為盆地的初始張裂階段，以堆積大量火山巖為特征，九佛堂組沉積時(shí)期為強(qiáng)烈深陷階段，構(gòu)造運(yùn)動轉(zhuǎn)換沿?cái)嗔衙婊瑒拥拇怪边\(yùn)動為主[8-9]，盆地急劇下沉，在有斷裂的一側(cè)，呈現(xiàn)為水深坡陡的古地貌條件，使碎屑物質(zhì)直接進(jìn)入湖盆中，沉積速率較快，湖盆的另一側(cè)，由于沒有邊界斷層的控制，古地貌為低緩的斜坡，碎屑物質(zhì)主要由河流或多條山區(qū)辮狀河流攜帶入湖，沉積速率較慢，逐漸形成單斷箕狀凹陷。

圖1 陸東凹陷構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 The comprehensive histogram of structural location and stratigraphy of Ludong Sag

受區(qū)域應(yīng)力和多期火山活動的影響，陸東凹陷經(jīng)歷了2次相對較大的構(gòu)造運(yùn)動，第1次發(fā)生于九佛堂組末期，受EW向擠壓作用影響，形成一系列的褶皺，如陸東凹陷東側(cè)交南、前河、后河和新發(fā)一帶；第2次發(fā)生于阜新組末期，構(gòu)造運(yùn)動較為劇烈，整體抬升并遭受剝蝕，尤其在緩坡帶，剝蝕更為嚴(yán)重，剝蝕量最大達(dá)到1 000 m。2次構(gòu)造運(yùn)動使得洼陷內(nèi)局部分地區(qū)地層發(fā)生反轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生大量的斷層，很好地起到油氣運(yùn)移通道的作用。隨著邊界斷裂的持續(xù)活動，陡坡帶一側(cè)可容空間快速增大，致使凹陷沉積、沉降中心均偏向陡坡帶一側(cè)發(fā)育。

2.2 沉積演化特征

盆地的沉積體系空間展布特征主要受物源供給和構(gòu)造格局的影響，陸東凹陷具有多個(gè)物源輸入方向，早白堊世，陸東地區(qū)東南斷西北超、東南陡西北緩的構(gòu)造格局影響凹陷的整個(gè)沉積體系的分布。陡坡帶受邊界斷層長期活動控制，沉降幅度大，沉積巖巨厚，多發(fā)育近岸水下扇、扇三角洲及湖泊沉積體系；西北為緩坡，地層向南或東南傾沒，沉積巖以砂泥巖薄互層為主，多發(fā)育大型河控三角洲。九佛堂組時(shí)期主要發(fā)育兩大沉積體系：K1jf23為近岸堆積-半深湖體系，K1jf22—K1jf14時(shí)期發(fā)育扇三角洲-濱淺湖沉積體系，K1jf11—K1jf13發(fā)育近岸堆積-深湖沉積體系(圖2)。由于東南部的邊界斷裂在不同構(gòu)造演化階段的活動特征對沉積體系繼承性和差異性特征起到了控制作用，沉積發(fā)育總體上具近物源、多相帶、窄相帶和儲集砂體類型多樣的特點(diǎn)，表現(xiàn)為以近距離搬運(yùn)、快速沉積的特征[10]。

3 儲層演化特征

3.1 儲層特征

陸東凹陷碎屑巖母源為前中生界中酸性火山噴出巖，巖屑、長石等不穩(wěn)定組分含量高，儲層巖性以砂礫巖、細(xì)砂巖為主；碎屑組分多為火山巖塑性顆粒，以線-點(diǎn)接觸為主，壓實(shí)作用較強(qiáng)[11]；分選為差—中等；磨圓為次棱—次圓[12]；巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低[8]。特殊的物質(zhì)組成導(dǎo)致儲層遭受后期壓實(shí)、溶蝕、碳酸鹽膠結(jié)等作用改造更為明顯，尤其蝕變作用使儲層大量黏土化，全巖黏土平均含量為12%以上，導(dǎo)致儲層強(qiáng)水敏，影響后期儲層滲流能力。

圖2 陸東凹陷九佛堂組沉積演化剖面Fig.2 The sedimentary evolution profile of Jiufotang Formation in Ludong Sag

陸東凹陷71塊樣品微觀鏡下觀察結(jié)果表明，研究區(qū)常見孔隙類型為顆粒間、顆粒內(nèi)溶孔、殘余粒間孔，其中以顆粒溶蝕孔及膠結(jié)作用影響下的殘余粒間孔為主，整體表現(xiàn)出溶蝕嚴(yán)重及膠結(jié)程度深的特征。通過儲層CT掃描技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)(表1)，凹陷內(nèi)碎屑巖儲層以低連通-特小孔-細(xì)喉、較細(xì)喉為主，部分為中連通-特小孔-較細(xì)喉型?？紫抖葹?.60%～18.82%，平均孔隙半徑為4.57～9.56 μm，平均喉道半徑為3.02～8.33 μm，且普遍發(fā)育粒內(nèi)微孔隙，儲層整體滲流性能不佳。

表1 陸東凹陷火山巖屑砂巖CT孔隙定量表征(分辨率大于2.5 μm )Table 1 The quantitative characterization of volcanic detrital sandstone CT pores in Ludong Sag (resolution of greater than 2.5 μm)

通過孔-滲條件統(tǒng)計(jì)分析可知，儲層孔隙度為5.20%～27.80%，平均為13.77%，滲透率為0.011～135.000 mD，平均為0.300 mD，屬于中低孔、低—特低滲儲層[13]。

3.2 孔隙演化特征

研究區(qū)中性巖屑平均含量在45%以上，塑(變)性強(qiáng)，成巖作用以成巖壓實(shí)及次生蝕變?yōu)橹鳌Ｔ绯蓭r階段，壓實(shí)作用起主導(dǎo)作用，孔隙度大大下降；在早成巖末期—晚成巖階段，有機(jī)酸進(jìn)入儲層，將不穩(wěn)定組分溶蝕，溶解出來的鈣以及中性巖屑(鐵鎂含量高)蝕變形成的鐵、鎂與碳酸根結(jié)合，形成白云石、菱鐵礦等碳酸鹽礦物，以膠結(jié)物的形式充填于孔隙中，堵塞孔隙和喉道，使儲層滲透性急劇降低；成巖后期，易于溶蝕組分在有機(jī)酸作用下形成大量次生溶孔，孔隙度得到一定程度的改善，然而，由于溶蝕作用多發(fā)生于顆粒自身，導(dǎo)致孔隙連通性較差，因此具有孔隙度相對較高，滲透率極低的現(xiàn)象。

此外，在油氣聚集過程中也會對火山巖巖屑改造，產(chǎn)生大量碳酸鹽巖交代，碳酸鹽巖的形成使儲層滲透率下降。

4 油氣富集規(guī)律

4.1 近源成藏

研究區(qū)縱向主要發(fā)育九佛堂組下段、九佛堂組上段及沙海組3套烴源巖組合。通過對研究區(qū)沉積物中二價(jià)硫含量變化的分析，對水體深度變化特征進(jìn)行研究。九佛堂組下段沉積時(shí)期，湖盆處于初始張裂期，湖盆面積局限、水體較淺且伴隨火山活動，烴源巖以夾雜火山碎屑的泥巖為主，烴源巖品質(zhì)相對較差，演化到九佛堂組上段沉積期，湖盆面積擴(kuò)大，水體加深，火山活動較弱，凹陷沉積了一套厚度較大、沉積面廣的油頁巖層，具有較強(qiáng)的生油供烴能力，到沙海組沉積期，湖盆開始充填萎縮，水體變淺，暗色泥巖砂質(zhì)碎屑含量高，晚期的構(gòu)造抬升又使烴源巖熱演化中斷，大部分地區(qū)沙海組未達(dá)到生油門限。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，九佛堂組烴源巖最大厚度可達(dá)450 m，有機(jī)碳含量平均為3.45%，氯仿瀝青“A”為0.360%，總烴平均含量為2 036.3×10-6，生烴潛量為14.97 kg/t，干酪根類型多處于Ⅰ—Ⅱ2，有機(jī)質(zhì)演化處于成熟階段，屬于好生油巖(表2)，優(yōu)質(zhì)烴源巖為油氣成藏提供了資源保證。

利用激光共聚焦顯微鏡等大型儀器進(jìn)行孔隙及油氣賦存狀態(tài)分析可知，后河砂巖類型為火山巖屑砂巖，部分油在巖屑微孔富集，常規(guī)砂巖油主要分布于粒間孔，但該油藏粒間孔隙不發(fā)育，喉道細(xì)小，孔隙連通性差，整體滲流性能不佳，使得油氣成藏過程難以突破較高的毛管阻力形成長距離運(yùn)移而就近成藏。

4.2 構(gòu)造及有利相帶控藏

陸東凹陷已探明的油藏大多位于陡坡帶，均具備良好構(gòu)造背景條件，構(gòu)造控藏作用明顯。其次，陡坡帶為短軸物源，近岸快速堆積，扇根、扇中、發(fā)育礫巖、中-粗粒細(xì)砂巖，分選磨圓差，儲層物性較差，扇前緣相帶以細(xì)砂、粉砂為主，橫向穩(wěn)定，縱向間互，物性好。通過應(yīng)用波阻抗反演、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演與多屬性分析綜合預(yù)測技術(shù)，刻畫出優(yōu)質(zhì)儲層大多位于扇體的前端，且已鉆井揭示鉆遇扇三角洲前緣相帶相對有利，該相帶次生溶蝕發(fā)育，儲層物性相對較好，油氣相對富集(圖3)。

表2 陸東凹陷烴源巖綜合評價(jià)Table 2 Comprehensive evaluation of hydrocarbon source rocks in the Ludong Sag

圖3 陸東凹陷九佛堂組沉積相平面圖Fig.3 The sedimentary facies plan of Jiufotang Formation in Ludong Sag

4.3 油氣富集規(guī)律

陸東凹陷具有“相帶控儲、物性控藏”的特點(diǎn)，連片分布的扇三角洲前緣砂體與烴源巖共生，無論橫向或縱向、宏觀或微觀上來看，油氣均表現(xiàn)為圍繞主力烴源巖灶短距離運(yùn)移成藏特征。油藏主要分布在九佛堂組，受陸相陡坡扇體沉積不穩(wěn)定以及水道頻繁變遷的影響，油藏油層厚度薄，單砂體厚度為0.2～3.8 m，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，有效儲層發(fā)育控制油氣的富集。由于陸東凹陷構(gòu)造狹長，陡坡扇體可一直延伸到到湖盆中心?？v向上多套砂巖層系疊覆沉積，受物源、古地貌影響，各層系儲層展布范圍、厚度、物性均有差異，主要集中在九佛堂組上段Ⅳ、Ⅴ油層組及九佛堂組下段Ⅱ油層組(圖4)。平面上，南多北少，呈帶狀分布，在扇體主體部位有利相帶，可形成構(gòu)造-巖性油藏，而在湖盆中心扇體前緣遠(yuǎn)端，則可形成大規(guī)模源儲一體、準(zhǔn)連續(xù)分布的致密巖性油藏。

圖4 陸東凹陷油氣成藏模式Fig.4 The oil and gas accumulation model in Ludong Sag

5 結(jié) 論

(1) 受邊界斷裂持續(xù)活動的控制，陡坡帶在構(gòu)造發(fā)育、地層、烴源巖發(fā)育以及儲集扇體發(fā)育方面更有利于油氣成藏。

(2) 陸東凹陷碎屑巖儲層為低成熟度的長石巖屑砂巖，經(jīng)成巖演化形成獨(dú)特的中—大孔、細(xì)—極細(xì)喉儲層，滲透性較差，油氣成藏難以長距離運(yùn)移，多表現(xiàn)為橫向及縱向短距離運(yùn)移，近源成藏。

(3) 陸東凹陷九佛堂組油頁巖、暗色泥巖等優(yōu)質(zhì)源巖廣泛分布，洼陷帶源儲共生，平面依次發(fā)育構(gòu)造巖性、巖性等常規(guī)碎屑巖油藏和致密油非常規(guī)油藏，縱向多種類型疊置，具有源儲一體、準(zhǔn)連續(xù)分布的油氣成藏模式。